2020高考化学考前微专题突破练八化学反应速率和化学平衡图象题含解析
化学反应速率和化学平衡图象题
1.(2020·泉州模拟)在稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中,探究加入硫酸铜溶液的量对氢气生成速率的影响。实验中锌粒过量且颗粒大小相同,饱和硫酸铜溶液用量0～4.0 mL,保持溶液总体积为100.0 mL,记录获得相同体积(336 mL)的气体所需时间,实验结果如图所示(气体体积均转化为标准状况下)。据图分析,下列说法不正确的是 ( )
A.饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气
B.a、c两点对应的氢气生成速率相等
C.b点对应的反应速率为v(H2SO4)=1.0×10-3 mol·L-1·s-1
D.d点没有构成原电池,反应速率减慢
【解析】选D。根据图象可知随着饱和硫酸铜溶液的增加,收集相同体积的气体所需时间先逐渐减少,然后又逐渐增加,因此饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气,A正确;根据图象可知a、c两点对应的时间都是250 s,所以氢气生成速率相等,B正确;b点对应的时间是150 s,生成氢气的物质的量是=0.015 mol,消耗稀硫酸的物质的量是0.015 mol,其浓度是=0.15 mol·L-1,所以反应速率为v(H2SO4)==1.0×
10-3 mol·L-1·s-1,C正确;d点锌也与硫酸铜溶液反应生成铜从而构成原电池,D不正确。
2.(2020·保定模拟)在容积不变的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,其中分析正确的是 ( )
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A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅳ表示t0时升温对反应速率的影响
【解析】选B。A项,乙先达到平衡,反应快,温度高;C项,增大c(O2)时,图象应连续;D项,升温吸热方向(逆方向)速率增大的多。
3.甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.该反应的正反应为放热反应
B.600 K时,Y点甲醇的v(正)
0,故A错误;600 K时Y点甲醇转化率大于X点甲醇平衡转化率,说明反应逆向进行,即v(正)T2,温度越高,X的物质的量越大,则平衡向左移动,正反应放热,A项不正确;v(X)=≈0.042 mol·L-1·min-1,B项不正确;Y的转化率为×100%=62.5%,C项不正确;由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2,则反应为X(g)+Y(g)2Z(g),则T0时平衡常数的值为33.3<50,平衡常数越小,温度越高,D项正确。
5.Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为_______。
(2)上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(用K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正=________min-1。
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(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为________(填字母)。
【解析】(1)2HI(g)H2(g)+I2(g)是反应前后气体物质的量不变的反应。反应后x(HI)=0.784,则x(H2)=x(I2)=0.108,K===。
(2)到达平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)x(I2),k逆=k正·=。在t=40 min时,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-1×(0.85)2≈1.95×
10-3min-1。(3)原平衡时,x(HI)为0.784,x(H2)为0.108,二者在图中的纵坐标均约为1.6(因为平衡时v正=v逆),升高温度,正、逆反应速率均加快,对应两点在
1.6上面,升高温度,平衡向正反应方向移动,x(HI)减小(A点符合),x(H2)增大(E点符合)。
答案:(1) (2) 1.95×10-3
(3)A点、E点
6.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中
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n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________,理由是__________。
(2)气相直接水合法常用的工艺条件为磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃、压强6.9 MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1,乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有________、________。
【解析】(1)C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,C2H4的转化率提高,所以p4>p3>p2>p1。
(2)依据反应特点及平衡移动原理,提高乙烯转化率还可以增大H2O与C2H4的比例,将乙醇及时分离出去等。
答案:(1)p4>p3>p2>p1 反应分子数减少,相同温度下,压强增大,乙烯转化率提高
(2)将产物乙醇液化移去 增加n(H2O)与n(C2H4)的比
7.高铁酸钾在水中的反应为4Fe+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2。
(1)图1是25 ℃时K2FeO4在不同pH溶液中浓度的变化情况。pH=4.74时,反应从开始到800 min的平均反应速率v(Fe)=________(保留两位有效数字)。
(2)图1在800 min后,三种溶液中K2FeO4的浓度均不再改变。观察图1判断随着pH变大,此反应的平衡常数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)图2在240 min后,四种溶液中K2FeO4的浓度均不再改变,则上述反应的反应热ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
【解析】(1)由图1可知,pH=4.74,800 min内Δc(Fe)=(0.95-0.45) mol·L-1
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=0.50 mol·L-1,则v(Fe)=≈6.3×10-4 mol·L-1·min-1。
(2)反应的平衡常数只与温度有关系,温度不变,平衡常数不变,即溶液的pH变大,反应的平衡常数不变。
(3)由图2可知,升高温度,平衡时c(Fe)减小,说明平衡正向移动,即正反应是一个吸热反应,ΔH>0。
答案:(1)6.3×10-4 mol·L-1·min-1 (2)不变 (3)>
8.(1)在一定温度下的2 L固定容积的密闭容器中,通入2 mol CO2和3 mol H2,发生的反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
①能说明该反应已达平衡状态的是________(填编号)。
A.单位时间内每消耗1.2 mol H2,同时生成0.4 mol H2O
B.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
C.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
D.该体系中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1,且保持不变
②若要使K=1,则改变的条件可以是________(填选项)。
A.增大压强 B.减小压强 C.升高温度 D.降低温度 E.加入催化剂
(2)有一种用CO2生产甲醇燃料的方法。已知:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
ΔH=-akJ·mol-1;
CH3OH(g)CH3OH(l)
ΔH=-bkJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-ckJ·mol-1;
则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为 ______________。
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(3)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s)反应,按下表数据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高。
物质
A
B
C
D
起始投料/mol
2
1
3
0
该反应的平衡常数表达式为K=________。升高温度,平衡常数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)为研究不同条件对反应2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH<0的影响,在恒温下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,10 min时反应达到平衡,测得NO的转化率为α1;其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,达到平衡时NO的转化率为α2,则α1________α2(填“大于”“小于”或“等于”)。
【解析】(1)①未平衡时是个变量,现在不变说明已经达到平衡状态了。A.单位时间内每消耗1.2mol H2,向正方向,同时生成0.4mol H2O,也向正方向,不能反映正逆反应之间的关系,故A错误;B.未平衡CO2的体积分数是个变化的量,现在混合气体CO2的体积分数保持不变,说明已经平衡了,故B正确;C.未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量,现在不随时间的变化而变化,说明已经达平衡状态,故C正确;D.反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1,且保持不变,不能说明各自的量不再随时间的变化而变化,故C错误;故选B、C;
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
初始(mol·L-1) 1 1.5 0 0
变化(mol·L-1) 0.25 0.75 0.25 0.25
平衡(mol·L-1) 0.75 0.75 0.25 0.25
所以 K==0.20,而平衡常数是温度的函数,只有通过改变温度来改变平衡常数,正反应是放热反应,降低温度,K值变大,变化为1,故答案为D;
(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
ΔH=-akJ·mol-1;
②CH3OH(g)CH3OH(l)
ΔH=-bkJ·mol-1;
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
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ΔH=-ckJ·mol-1;
根据盖斯定律,将×③-①-②得:CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=ΔH3-ΔH1-ΔH2=-(c-a-b)kJ·mol-1,故答案为
CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=
ΔH3-ΔH1-ΔH2=-(c-a-b)kJ·mol-1;
(3)D为固体,该反应的平衡常数表达式为K=;恒容压强与温度及其气体物质的量成正比,又由起始D的物质的量为0可知,反应2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s),向正反应进行建立平衡,而气体物质的量不变,但压强增大,则说明该反应为放热反应,温度升高导致气体的压强增大。由①的分析得出该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,故答案为;减小;
(4)正反应为气体物质的量减小的反应,恒温恒容下条件下,到达平衡时压强比起始压强小,其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强,平衡正向移动,NO转化率增大,故转化率α2>α1;故答案为小于。
答案:(1)①B、C ②D (2)CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-(c-a-b)kJ·mol-1
(3)K=c3(C)/[c2(A)·c(B)] 减小 (4)小于
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